专利名称：一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车用发电机控制系统，尤其涉及一种混合动力车用永磁 同步发电机的控制系统。
背景技术：
混合动力车是采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热 能和电能两套系统开动汽车。混合动力系统的最大特点是油、电发动机的互 补丁.作模式。在起步或低速行驶时，车辆仅依靠电力驱动，此时车辆的燃油
消耗量是零。"'l车辆行驶速度升高或者需要紧急加速时，汽油发动机和电机 同时启动并开始输出动力。在车辆制动时，混合动力系统能将动能转化为电 能，并储存在电池组中以备下次低速行驶时使用。这些都需要发电机将动能 转化为电能。
现有的混合动力车通常采用带励磁线圈的发电机，其发电机的控制系统 利用转子位置传感器，如霍尔位置传感器或光电编码盘，检测转子位置信号， 从而得到转子位置信息，然后根据H标位置和实际位置进一步调整发电机的 电磁场，控制发电机的发电量。但是，这种带励磁线圈的发电机体积较大， 并且转子位置传感器的精度和稳定性都不高。
目前，永磁同步发电机由于其具有能量密度和效率较高、体积小、惯性 低、响应快、控制简单等优点，非常适合于混合动力车的伺服系统，也是当 前混合动力车用发电机的研发热点。
现有的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统采用整流桥将交流电 转换成直流电，从而对电池组进行充电。但是，这必须当发电机旋转到一定 转速时，即整流电压高于电池组电压时，发电机才能给电池组充电。当发电
机处于低转速时，并不能进行充电，这样势必要浪费一部分动能，导致充电 效率不高。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有的混合动力车用永磁同步发电机的控制 系统中由于采用整流桥所导致的充电效率不高的缺点，提供一种在发电机低 转速时仍可产生高电压进行充电的混合动力车用永磁同步发电机的控制系 统。
本发明提供一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统，其中，该系
统包括转子位置检测装置、相电流检测装置、发电机电子控制单元(ECU) 以及可控整流装置；发电机ECU包括信号接收模块、数据处理模块以及控 制输出模块；所述信号接收模块分别接收由转子位置检测装置检测并输出的 转子位置角度信号、由相电流检测装置检测并输出的相电流信号、以及发电 机控制转矩值r并输出转子位置角度值0、相电流值以及发电机控制转矩值r 到数据处理模块；所述数据处理模块根据接收到的信号接收模块输出的转子 位置角度值0、相电流值以及发电机控制转矩值r计算出脉宽调制(PWM) 控制波形并输出到控制输出模块所述控制输出模块将接收到的脉宽调制控 制波形输出到可控整流装置；所述可控整流装置用于将输入的三相交流电整 流为直流电输出，包括交流输入端、直流输出端、多个智能功率模块(IPM) 和驱动板，多个IPM的控制引脚直接固定在该驱动板上，所述驱动板接收从 控制输出模块输出的脉宽调制控制波形并根据所述脉宽调制控制波形控制 多个IPM的导通顺序、关断时间与导通时间。
本发明所提供的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统由于采用了 可控整流装置而不是整流桥，可根据脉宽调制控制波形控制多个IPM的导通 顺序、关断时间与导通时间，调节发电机的绕组电感续流(贮能)和泻放的
时间。通过关断部分ipm可以造成电流突变，产生很高的感应电动势，从而 即使发电机的转速很低，也能通过可控整流装置对电池组进行充电。并且发
电机ecu根据转子位置角度值e、相电流值和发电机控制转矩值r计算出符
合当前的发电需求的脉宽调制控制波形，从而通过可控整流装置控制了发电 机的旋转磁场，进而控制了发电电流和发电量。
图1为根据本发明的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的组件模
块制系统的组件模块图3为具有本发明的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的发电机 系统的连接图4为本发明中的发电机ecu的数据处理模块的计算流程。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为根据本发明的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统的组件模 块图，图2为根据本发明的优选实施方式的混合动力车用永磁同步发电机的 控制系统的组件模块图，图3为具有本发明的混合动力车用永磁同步发电机 的控制系统的发电机系统的连接图，其中图3中的m代表永磁同步发电机， b代表电池组。
参见图1 ，本发明提供的混合动力车用永磁同步发电机的控制系统包括 转子位置检测装置10、相电流检测装置20、发电机ecu40以及可控整流装 置50;发电机ecu 40包括信号接收模块41、数据处理模块42以及控制输
出模块43;所述信号接收模块41分别接收由转子位置检测装置10检测并输 出的转子位置角度信号、由相电流检测装置20检测并输出的相电流信号以 及发电机控制转矩值r并输出转子位置角度值e、相电流值以及发电机控制 转矩值r到数据处理模块42:所述数据处理模块42根据接收到的信号接收
模块41输出的转子位置角度值e、相电流值以及发电机控制转矩值r计算出
脉宽调制控制波形并输出到控制输出模块43;所述控制输出模块43将接收 到的脉宽调制控制波形输出到可控整流装置50:所述可控整流装置50用于 将输入的三相交流电整流为直流电输出，包括交流输入端、直流输出端、多 个IPM和驱动板(未图示)，多个IPM的控制引脚直接固定在该驱动板上， 所述驱动板接收从控制输出模块43输出的脉宽调制控制波形并根据所述脉 宽调制控制波形控制多个IPM的导通顺序、关断时间与导通时间。
其中，所述转子位置检测装置10可以是任何能够检测发电机转子位置 的装置。例如，所述转子位置检测装置10可以是转子位置传感器，安装在 发电机的转子轴上，随发电机的转子轴一同转动，检测发电机的转子的位置 并输出转子位置角度信号。根据本发明一个优选的实施方式，转速位置传感 器与发电机的转子同步，当然本领域普通技术人员也可以按一定转速比安装 该转子位置传感器，这样当计算发电机的角速度时则需要根据转速比折算。
所述转子位置检测装置10优选为旋转变压器，旋转变压器的差分输出 信号为两路正弦信号和两路余弦信号。所述旋转变压器包括定子和转子两部 分；定子上有三组绕组，分别为正弦波输入励磁绕组、正弦波输出绕组、余 弦波输出绕组，输入一路正弦励磁信号，输出两相正交正弦信号；转子上有 -组独立的绕组，旋转时产生耦合磁场。旋转变压器还需要配备解算单元， 用于对旋转变压器输出的模拟的转子位置角度信号进行采样，转换为数字的 转子位置角度值0，所述解算单元将在后面的发电机ECU 40的信号接收模
块41中说明。
当所述转子位置检测装置10为旋转变压器时，所述控制系统还可以包 括差分功率放大单元，连接在旋转变压器的输入绕组和信号接收模块41之 间，可以有效减小波形失真。所述控制系统还可以包括低通滤波单元，连接 在旋转变压器的两组输出绕组和信号接收模块41之间，可以抗干扰、并限 定旋转变压器输出的正弦波、余弦波的信号幅度以符合发电机ECU 40的信 号接收模块41的要求。所述低通滤波单元优选为7C形RC滤波器。
所述相电流检测装置20可以为任何能够检测三相电流的装置，优选为 交流电流传感器。更优选情况下，由于三相交流电特有的三相电流矢量和为 零的性质，所以只需检测三相电流中的两相电流即可，第三相电流可以通过 另两相电流之和取反得到，所以至少有两个交流电流传感器，分别位于永磁 同步发电机的两相绕组的出线端附近，检测发电机的两相电流，在本发明的 具体实施例中为检测U、 V两相绕组的相电流。
当所述相电流检测装置20为交流电流传感器时，所述控制系统还包括 相电流信号调理电路，位于交流电流传感器和信号接收模块41之间，该调 理电路包括电压抬升电路和二阶滤波电路，用于将相电流信号转换到与发电 机ECU 40的信号接收模块41对应的输入信号幅值。所述电压抬升电路和二 阶滤波电路的组成和构造为本领域人员所公知。相电流信号在信号调理电路 中会产生相移，所以在发电机ECU40的信号接收模块41中要修正该相移， 将在下面详细描述。
如图2所示，所述控制系统优选还包括电池总电压检测装置30,所述电 池总电压检测装置30可以为任何能够检测电压的装置，例如电压传感器， 并联在可控整流装置50的直流输出端，也就是电池组B的两端，用于检测 电池总电压，并把检测到的电池总电压信号输出到发电机ECU 40的信号接 收模块41。检测到的电池总电压在数据处理模块42的计算过程中用于限幅，
将在下面的计算过程中说明。
当所述控制系统包括电池总电压检测装置30时，所述控制系统优选还 包括电压信号调理电路，位于电池总电压检测装置30和信号接收模块41之 间，该信号调理电路包括电压跟随器和二阶滤波电路，使得检测到电池总电 压值更加精确，所述电压跟随器和二阶滤波电路的组成和构造为本领域人员 所公知。
所述发电机ECU 40的信号接收模块41分别接收来自转子位置检测装置 10、相电流检测装置20输出的信号以及发电机控制转矩值r,以及优选情况 下的电池总电压检测装置30输出的信号。所述信号接收模块41可以包括信 号接收电路、A/D转换电路、滤波电路等等，所述信号接收模块41的构成 为本领域人员所公知。
所述发电机控制转矩值r，来自混合动力车的车辆主控ECU (未图示)， 是由混合动力车的车辆主控ECU根据车辆当前状态计算出适合发电机当前 工作方式的所需发电电流，并以发电机控制转矩值r的形式提供给本发明的 发电机ECU 40。所述车辆主控ECU和发电机ECU40之间的数据通信优选 通过CAN总线通信。CAN总线是有效支持分布式控制或实施控制的串行通 信网络，具有较好的优越性、灵活性。
参见图2，所述信号接收模块41中包括解算单元411，用于对转子位置 检测装置IO输出的模拟的转子位置角度信号进行采样计算，转换为数字的 转子位置角度值0，并将转换后的转子位置角度值e输出到发电机ECU 40 的数据处理模块42。例如，解算单元411根据旋转变压器输出的正弦信号和 余弦信号计算出发电机转子的位置，规定发电机转子位置的角度在0°和360° 之间，与其对应的解算单元411输出的转子位置角度值e在0到4095之间， 这个数值可以由本领域人员根据具体需要以及解算单元411的采样精度设 定。
由于安装的原因，发电机转子的初始位置可能不在0°的位置，所以需要
确定发电机转子的初始位置，用于对实际检测到的发电机转子的位置进行修
止:。确定发电机转子的初始位置的方法如下将发电机的v相和w相绕组 的出线端相连，在u相绕组和已连接v、 w相绕组之间施加直流电压，并
串联一个阻值较小的限流电阻，其中U相绕组接直流电压的正极，V、 w相
绕组接直流电压的负极，当发电机转子处于静止时，此时旋变电压器输出的 位置即为发电机转子的初始位置。得到发电机转子的初始位置之后，解算单
元411需要先对旋转变压器输出的转子位置角度信号进行修正，即需要减去
此值之后才对修正后的转子位置角度信号进行采样计算。
此外，如果解算单元411检测到来自旋转变压器的信号丢失、衰减等错 误时，解算单元411产生表示产生错误的信号，同时发电机ECU40的控制 输出模块43直接输出关断可控整流装置50的信号，保护整个系统的安全。
当所述控制系统包括相电流信号调理电路时，所述信号接收模块41还 包括相位补偿单元412，用于对相电流信号调理电路输出的相电流信号的相 移进行相位补偿，所述相位补偿单元412根据不同频率的二次滤波电路对电 流信号造成的相移进行对应相移补偿。例如，记当前相电流信号的角速度为 ^ ，相角为o"，修正后的角度为tr'，修正量为tr"，则有^ =^"8485 ， (T'=tr + CT'。 其中，修正量^的计算中的系数根据不同相电流信号调理电路而不同。
图4为本发明中的发电机ECU的数据处理模块42的计算流程，参见图 4，所述发电机ECU 40的数据处理模块42依次对信号接收模块41输出的数 据进行如下处理
1)根据转子位置角度值e计算发电机角速度cr和旋转方向
通过前次采样的转子位置角度值e2和当前次采样的转子位置角度值别 的比较确定发电机角速度07和旋转方向，两次采样时间间隔为t，两次采样 的转子位置角度差为AP, A^=W—02，则发电机角速度为B7， cr=Ae/t，泣>0
时为正转，W<0时为反转，W=0时为停转。
由于车上的严重的电磁干扰，旋转变压器可能出现暂时短路的机械故 障，雷电、静电等因素也会造成旋转变压器输出信号出现瞬时突变，从而导 致解算单元411输出的发电机转子位置角度值e与实际的发电机转子位置角 度值之间存在较大偏差，进而导致Ae和欧都产生较大偏差，将使得永磁同步 发电机运转不稳甚至失步，最终使得混合动力车不能正常运行。所以，优选 情况下，所述解算单元411采样得到的转子位置角度值e需要经过角度去坏 值处理程序，所述数据处理模块42优选还包括角度去坏值处理单元(未图 示)，用于对转子位置角度值e进行校正，增加了系统的稳定性。
根据本发明的具体实施方式
，所述角度去坏值处理单元根据当前次和前 次采样得到转子位置角度值的差值AS进行如下处理当当前次和前次采样 得到转子位置角度值的差值AS不符合预定条件时，对当前次采样得到的角 度值别进行去坏值处理，即利用转子位置角度值拟合曲线、前次采样得到角 度值"以及釆样时间间隔t估算出当前次釆样的修正角度值6M';当差值A0 符合预定条件时则不进行去坏值处理。所述转子位置角度值拟合曲线是根据 不同时间的转子位置角度值所形成的轨迹曲线去掉异常值后的平滑曲线，横 坐标为时间，纵坐标为转子位置角度值。将多个的转子位置角度值做平均， 求得发电机瞬时角速度，并与前几次发电机瞬时角速度进行一阶递归滤波， 口丁得到当前的发电机角速度w，然后将离散的点拟合成曲线，当差值A0不符 合预定条件时，则根据发电机角速度ar和旋转方向递推出当前次采样的修正 角度值er。所述预定条件是根据转子位置角度值拟合曲线确定的转子位置 角度值的差值AS可信区域，如果所述差值AS落入该可信区域中，则认为该 差值AS有效，不必修正，相反，如果所述差值AS没有落入该可信区域中， 则认为该差值Ae无效，需要进行修正。例如，下面给出了一个具体实施例
假设车速在100千米/小时对应的发电机的转速为5500转/分，若10秒
钟内从静止加到100千米/小时或由100千米/小时减速到0千米/小时，控制 周期选定为100纳秒，那么每个控制周期内旋转变压器转动的最大角度为 360。X5500/(1 OX 1000X 1000)X 100=18.8。，贝lj 当一20°<deta-<20°时，不需要去坏值处理；
当A6^—20。或A5^20。时，判定角度值出现异常，进行去坏值处理，根 据拟合曲线的运动趋势，发电机角速度ar和旋转方向递推出当前次釆样的修 止:角度值W'，对检测的角度值进行修正
其中，边界判定值20。可根据不同车辆、不同发电机可选取不同的边界 判定值。
检测的有效当前次采样的转子位置的角度值例或经过修正的当前次采 样的转子位置的修正角度值别'用于后面将要提到的克拉克变换和帕克变换 及其反变换中。并且，该值(ei或W')在下次釆样中作为前次采样的角度 值M使用。
由于该角度去坏值处理流程属于优选的处理步骤，并非必需，所以以下 提到的转子位置角度值e可以指没有角度去坏值处理程序所得到转子位置角 度值Pl ，或者经过角度去坏值处理程序所得到的转子位置的修正角度值W， 为了简明起见以下均简称为转子位置角度值0 。
2) 获取三相电流值ia, ib、ic
可以通过相电流检测装置20检测三相电流值，或者通过相电流检测装 置20检测两相电流值，再根据两相电流计算出第三相电流得到，第三相电 流可以通过另两相电流之和取反得到，按照下式<formula>formula see original document page 17</formula>
其中， ia, ib为两相电流，ic为第三相电流。根据本发明的具体实施方 式，to为U相电流，沾为V相电流，计算出的ic为W相电流。
3) 根据三相电流值ia, ib、ic以及转子位置角度值e计算出发电机转
子的直轴实际电流w和交轴实际电流,々
令发电机转子直轴为d轴、沿顺时针方向滞后直轴卯°电角度的交轴 为q轴、直轴和交轴实际电流分别为W、財，通过克拉克(CLARKE)变换 和帕克(PARK)变换，按下式
'co必sin^-3CP) —sinP+3CP)' sin^ —sine+60P) sin^+12CP)
沾
计算出发电机转子的直轴实际电流W和交轴实际电流,々
4)根据所述发电机角速度H7和发电机控制转矩值r计算出直轴目标电流 , /*和交轴目标电流^*
根据所述发电机角速度《7计算出直轴目标电流^*,根据IPM和永磁同
步发电机的特性而设定发电机的交轴电流最大值,々max ，，々max的设定要根据 IPM的最大工作电流和发电机的不同工况，设定的依据为本领域人员所公 知。然后再根据发电机控制转矩值r、发电机最大转矩值rmax和交轴电流最 大值1々max按照下式
<formula>formula see original document page 18</formula> 。
其中发电机最大转矩值rmax对于给定发电机是已知的。根据所述发电 机角速度cr计算出直轴目标电流W的计算方法可以釆用各种适用的方式， 为本领域人员所公知，例如可以采用下面的方式由于发电机的角速度cr与 直流电流W是呈线性关系的，所以选取直流目标电流W为0时的发电机初始 角速度为"l、对应于发电机角速度泣为0时的直流电流W1、对于给定发电 机恒定的发电机最大角速度wmax、对应于发电机最大角速度o;max的直流电 流W2 、以及当前的发电机的角速度cr计算出直轴目标电流W，，W*=(W2-Wl)x^i。发电机角速度nr与直流电流W也可能是分区间呈线性
关系，所以计算时也可以分段计算。
5)根据直轴目标电流W-和交轴目标电流,'"、直轴实际电流W和交轴 实际电流^计算出所需直轴电压W和所需交轴电压叫
分别求出直轴目标电流^和直轴实际电流W的差值、交轴目标电流,'" 和交轴实际电流,々的差值，通过比例积分(PI)调节得到所需直轴电流W'和 所需交轴电流,V ，所述PI调节过程以及PI调节器的数学模型为本领域人员 所公知，例如比例积分调节器的时域数学模型为
其中，"为比例系数，zv为积分系数(也作积分时间)，根据车辆的整 备质量、车辆电机运行工况来实际匹配得到。^p的作用是加快系统的响应速 度，提高系统的调节精度。随着"的增大，系统的响应速度越快，调节精度 越高，但是系统容易产生超调，稳定性变差。仲取值过小，则调节精度降低，
响应速度变慢，调节时间加长，使得系统的动静态性能变坏。T7的作用是消 除系统的稳态误差，7V越大系统的稳态误差消除的越快，但是如果77过大则 在响应过程的初期产生积分饱和现象，T7过小，则系统的稳态误差将难以消 除，影响系统的调节精度。
所述比例积分调节器可以采用周期积分、分段积分和积分限幅等方式， 保障了系统的稳定性和跟随性，这些处理方式为本领域人员所公知。
再根据所需直轴电流W'和所需交轴电流,V，按照下式计算出所需直轴 电压"d和所需交轴电压叫
叫- 一(C5WW' + Y cr) +夠' 其中，W为直轴感抗，^为交轴感抗，甲为转子永磁体磁链，*为发
电机阻抗，这些值在给定发电机时可以通过测量发电机经过计算得到，计算 方法为本领域技术人员所公知。
当该控制系统如前所述包括电池总电压检测装置30时，则需要将检测 得到的电池总电压与计算出的W、叫的合成矢量w进行比较，利用电池总 电压对附限幅，然后对限幅后的w'进行矢量分解，得到的W'、叫'作为所需 直轴电压"d、所需交轴电压叫。
6) 根据所需直轴电压"rf、所需交轴电压叫以及转子位置角度值e ，通
过克拉克反变换和帕克反变换，按照下式计算出所需三相电压ua、 "6、 "c的 值
7) 由所需三相电压ua、 "6、 "cr的值，计算出对应于三相的脉宽调制控 制波形的占空比并得到脉宽调制控制波形。其中，根据所需三相电压计算脉 宽调制控制波形的占空比并得到脉宽调制控制波形的具体实施，可以釆用专 用的计算芯片，如美国TI公司生产的型号为TMS320LF2407或 TMS320F2812,这些专用的计算芯片的PWM波形发生器可根据计算所得 ua、 "6、 "c自动产生不同的调制脉宽。
所述数据处理模块42优选采用定点数计算，系统的计算速度要比采用 浮点数快，增加系统的实时性，特别适合于对实时性要求特别强的混合动力 车的控制系统。
所述发电机ECU 40的控制输出模块43将数据处理模块42得到的脉宽 调制控制波形输出到可控整流装置50。所述控制输出模块43优选采用正弦 脉宽调制(SPWM)将脉宽调制控制波形进行调制后再输出。
所述发电机ECU 40的各个模块及模块中所包括的单元可以由分离元件
COS0
sin(6—30。) -sin(0+3Oo)
sin0 一sin("600) sin(S+1200)
叫
组成的电路实现，或由集成有处理器的单片机实现，或由专用的电机控制处
理器DSP实现。
所述可控整流装置50用于将发电机定子绕组上产生的三相交流电流转 换成直流电流，给电池组B充电。所述可控整流装置50包括交流输入端、 直流输出端、多个IPM和驱动板，多个IPM的控制引脚直接固定在该驱动 板上，所述驱动板接收从控制输出模块43输出的脉宽调制控制波形并根据 所述脉宽调制控制波形来控制多个IPM的导通顺序、关断时间与导通时间。 所述交流输入端为三个，分别连接发电机的三相输出绕组的出线端，所述直 流输出端为两个，分别连接电池组B的正负两极。所述IPM为多个，本领 域普通技术人员可以根据需要选取并组成整流电路。例如，如图3所示，采 用了三-三导通的方式，可控整流装置50包括互相并联的U相支路、V相支 路、W相支路，分别与永磁同步发电机M各项绕组U、 V、 W的出线端相 连接的交流输入端，与电池B连接的直流输出端，各相支路均包括两个串联 的IPM，每个IPM中包括一个IGBT (Tl-T6中的一个)和与每个IGBT反 向并联的续流二极管D及IGBT的保护电路，各相支路中两个IPM串连在 一起的节点分别与各项支路的交流输入端相连接，各项支路中两个IPM未串 连在一起的两端互相并联，与直流输出端相连接。所述驱动板还起隔离脉宽 调制控制波形、放大驱动作用。
所述可控整流装置50的工作原理如下，以图3中的可控整流装置50为 例，某一时刻，Tl、 T6、 T2导通，电流由上桥臂T1同时流向T6和T2，当 Tl、 T6、 T2被关断时，由于发电机定子继续旋转切割磁力线，所以导致电 流突变使得丄x^/rf/变大，即使发电机的转速很慢也能产生很高的感应电动 势。
优选情况下，在可控整流装置50的两个直流输出端之间还可以并联电 容器，用于平滑直流电压。
所述控制系统还可以包括控制箱，所述相电流检测装置20、电池总电压 检测装置30、发电机ECU40、可控整流装置50位于控制箱中。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，如本领域人员所公知的，该 发电机控制系统也可用于电动车中。对于本发明所属技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统，其中，该系统包括转子位置检测装置(10)、相电流检测装置(20)、发电机电子控制单元(40)以及可控整流装置(50)；发电机电子控制单元(40)包括信号接收模块(41)、数据处理模块(42)以及控制输出模块(43)；所述信号接收模块(41)分别接收由转子位置检测装置(10)检测并输出的转子位置角度信号、由相电流检测装置(20)检测并输出的相电流信号、以及发电机控制转矩值T并输出转子位置角度值θ、相电流值以及发电机控制转矩值T到数据处理模块(42)；所述数据处理模块(42)根据接收到的信号接收模块(41)输出的转子位置角度值θ、相电流值以及发电机控制转矩值T计算出脉宽调制控制波形并输出到控制输出模块(43)；所述控制输出模块(43)将接收到的脉宽调制控制波形输出到可控整流装置(50)；所述可控整流装置(50)用于将输入的三相交流电整流为直流电输出，包括交流输入端、直流输出端、多个智能功率模块和驱动板，多个智能功率模块的控制引脚直接固定在驱动板上，所述驱动板接收从控制输出模块(43)输出的脉宽调制控制波形并根据所述脉宽调制控制波形控制所述多个智能功率模块的导通顺序、关断时间与导通时间。
2. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述转子位置检测装置(IO) 为旋转变压器，旋转变压器的差分输出信号为两路正弦信号和两路余弦信 号。
3. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述相电流检测装置(20) 为交流电流传感器。
4. 根据权利要求3所述的控制系统，其中，所述交流电流传感器为两个，用于检测三相电流中的两相电流。
5. 根据权利要求l所述的控制系统，其中，所述发电机控制转矩值r来 自混合动力车的车辆主控电子控制单元，由混合动力车的车辆主控电子控制 单元根据车辆当前状态计算出发电机控制转矩值r并提供给发电机电子控制单元(40)。
6. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述信号接收模块(41) 包括解算单元(411)，用于对转子位置检测装置(10)输出的模拟的转子位 置角度信号进行采样计算，转换为数字的转子位置角度值e，并将转换后的 转子位置角度值e输出到发电机电子控制单元(40)的数据处理模块(42)。
7. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述发电机电子控制单元 (40)的数据处理模块(42)依次对信号接收模块(41)输出的数据进行如下处理1) 根据转子位置角度值^计算发电机角速度w和旋转方向 通过前次采样的转子位置角度值(92和当前次采样的转子位置角度值別的比较确定发电机角速度BT和旋转方向，两次釆样时间间隔为t，两次采样 的转子位置角度差为A^， S2，则发电机角速度为cr， o=AS/t， cr>0时为正转，G7〈0时为反转，圾=0时为停转；2) 获取三相电流值,'。、沾、ic;3) 根据三相电流值,a、 /6、 ic以及转子位置角度值6！计算出发电机转 子的直轴实际电流W和交轴实际电流W:令发电机转子直轴为d轴、沿顺时针方向滞后直轴90°电角度的交轴 为q轴、直轴和交轴实际电流分别为W、，々，通过克拉克变换和帕克变换， 按下式<formula>formula see original document page 4</formula>co必sine-30P) -sine+30P) siW —sine+6(f) sin^+12(F)计算出发电机转子的直轴实际电流U/和交轴实际电流^;4) 根据所述发电机角速度or和发电机控制转矩值r计算出直轴目标电流 /￡/*和交轴目标电流,々*:根据所述发电机角速度成计算出直轴目标电流W * ，根据智能功率模块 和永磁同步发电机的特性而设定发电机的交轴电流最大值,々max ，再根据发 电机控制转矩值r、发电机最大转矩值rmax和交轴电流最大值,々max按照下 式'々* = i々maxx-计算得出对应的交轴目标电流^ *:5) 根据直轴目标电流^*和交轴目标电流,々*、直轴实际电流W和交轴 实际电流,々计算出所需直轴电压"d和所需交轴电压叫分别求出直轴目标电流W和直轴实际电流W的差值、交轴目标电流~* 和交轴实际电流'々的差值，通过比例积分调节得到所需直轴电流W'和所需交 轴电流,V，再根据所需直轴电流W'和所需交轴电流,V，按照下式计算出所 需直轴电压"rf和所需交轴电压叫叫=一(raLf/iflf' +甲or) + 其中，U为直轴感抗，Z^为交轴感抗，Y为转子永磁体磁链，/ 为发 电机阻抗6) 根据所需直轴电压"rf、所需交轴电压叫以及转子位置角度值e ，通 过克拉克反变换和帕克反变换，按照下式 <formula>formula see original document page 5</formula>计算出所需三相电压ua、 K6、 "c的值；7)由所需三相电压ua、 "6、 "c的值，计算出对应于三相的脉宽调制控 制波形的占空比并得到脉宽调制控制波形。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制系统还包括电池 总电压检测装置(30)，所述电池总电压检测装置(30)包括电压传感器， 并联在可控整流装置(50)的直流输出端，并且所述电池总电压检测装置(30) 检测到的电池总电压信号输出到所述发电机电子控制单元(40)的信号接收 模块(41)。
9.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制系统还包括电池 总电压检测装置(30)，所述电池总电压检测装置(30)包括电压传感器， 并联在可控整流装置(50)的直流输出端，并且所述电池总电压检测装置(30) 检测到的电池总电压信号输出到所述发电机电子控制单元(40)的信号接收 模块(41)，所述发电机电子控制单元(40)的数据处理模块(42)依次对 信号接收模块(41)输出的数据进行如下处理1) 根据转子位置角度值e计算发电机角速度or和旋转方向 通过前次采样的转子位置角度值e2和当前次采样的转子位置角度值ei的比较确定发电机角速度ar和旋转方向，两次采样时间间隔为t，两次采样 的转子位置角度差为AP， A^^-S2，则发电机角速度为BT， CT=A6>/t， ^7>0 时为正转，C70时为反转，C7-0时为停转；2) 获取三相电流值to、边、ic;3) 根据三相电流值to、边、ic以及转子位置角度值e计算出发电机转 子的直轴实际电流W和交轴实际电流財令发电机转子直轴为d轴、沿顺时针方向滞后直轴90°电角度的交轴 为q轴、直轴和交轴实际电流分别为W、，々，通过克拉克变换和帕克变换， 按下式<formula>formula see original document page 6</formula>计算出发电机转子的直轴实际电流W和交轴实际电流,々； 4 )根据所述发电机角速度位和发电机控制转矩值r计算出直轴目标电流 '^*和交轴目标电流》々*:根据所述发电机角速度扱计算出直轴目标电流w * ，根据智能功率模块和永磁同步发电机的特性而设定发电机的交轴电流最大值,^max ，再根据发 电机控制转矩值r 、发电机最大转矩值rmax和交轴电流最大值,々max按照下 式<formula>formula see original document page 6</formula>计算得出对应的交轴目标电流/" ，5)根据直轴目标电流W-和交轴目标电流^、直轴实际电流U/和交轴 实际电流,々计算出所需直轴电压"rf和所需交轴电压叫分别求出直轴目标电流W和直轴实际电流W的差值、交轴目标电流'々* 和交轴实际电流,々的差值，通过比例积分调节得到所需直轴电流W'和所需交 轴电流,V,再根据所需直轴电流W'和所需交轴电流財'，按照下式计算出所 需直轴电压W和所需交轴电压叫= OeL^7々'+及W叫=一(raWW' + 4* or) + 其中，W为直轴感抗，^为交轴感抗，Y为转子永磁体磁链，/ 为发电机阻抗，将检测得到的电池总电压与计算出的所需直轴电压W 、所需交轴电压 W的合成矢量"S进行比较，利用电池总电压对W限幅，然后对限幅后的附'进 行矢量分解，得到的W'、叫'作为所需直轴电压W、所需交轴电压""6)根据所需直轴电压W、所需交轴电压叫以及转子位置角度值e ,通过克拉克反变换和帕克反变换，按照下式，J哭cos^ sin0 sin(P-30。)- sin(0+60。) -sin(S + 30°) sin(S+1200)计算出所需三相电压ua、 "6、 "c的值；7)由所需三相电压ua、 "6、 "c的值，计算出对应于三相的脉宽调制控 制波形的占空比并得到脉宽调制控制波形。
10. 根据权利要求7或9所述的控制系统，其中，所述数据处理模块(42) 还包括角度去坏值处理单元，用于对转子位置角度值e进行校正，所述角度 去坏值处理单元根据当前次和前次采样得到转子位置角度值的差值A0进行 如下处理当当前次和前次釆样得到转子位置角度值的差值AS不符合预定条件 时，对当前次采样得到的角度值ei进行去坏值处理，利用转子位置角度值拟 合曲线、前次采样得到角度值S2以及采样时间间隔t估算出当前次采样的修 正角度值别，；当差值A0符合时预定条件时则不进行去坏值处理。
11. 根据权利要求7或9所述的控制系统，其中，所述获取三相电流值 沾、ic通过相电流检测装置(20)检测得到三相电流值，或者通过相电流检测装置(20)检测两相电流值，再根据两相电流，按照下式计算出第三7 相电流其中，to、 /6为两相电流，ic为第三相电流。
12. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述数据处理模块(42) 采用定点数计算。
13. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制输出模块(43) 采用正弦脉宽调制将脉宽调制控制波形进行调制后再输出。
14. 根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述发电机电子控制单元 (40)的各个模块及模块中所包括的单元由分离元件组成的电路实现，或由集成有处理器的单片机实现，或由专用的电机控制处理器DSP实现。
全文摘要
一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统，其中，该系统包括转子位置检测装置(10)、相电流检测装置(20)、发电机电子控制单元(40)以及可控整流装置(50)；发电机电子控制单元(40)包括信号接收模块(41)、数据处理模块(42)以及控制输出模块(43)；所述信号接收模块(41)分别接收转子位置角度信号、相电流信号以及发电机控制转矩值T，所述数据处理模块(42)计算出脉宽调制控制波形，所述控制输出模块(43)将计算出的脉宽调制控制波形输出到可控整流装置(50)，所述可控整流装置(50)包括多个智能功率模块和驱动板，所述驱动板根据所述脉宽调制控制波形控制多个智能功率模块的导通顺序、关断时间与导通时间。
文档编号B60L15/00GK101110559SQ20061010325
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月20日 优先权日2006年7月20日
发明者周旭光, 勇 廖, 罗洪斌 申请人:比亚迪股份有限公司